JP4674970B2 - Metal wire bonding method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属線のボンディング方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、一般に、高速動作が要求されるデバイスにおいては、特に、電極配線の電気容量やワイヤインダクタンスを低減するために、金属線をボンディングするための電極パッドの大きさを小さくするとともに、前記電極パッドからアクティブな領域への配線パターンの長さを短くする必要がある。これにより、電極パッドがアクティブな領域に隣接するようなレイアウトになる。また、超LSI等においては、多くの電極パッドをチップの外周に沿って配置するようになっているが、該チップの寸法を小さくするためには、電極パッド自体の大きさを小さくする必要がある。
【0003】
ところが、従来のネイルヘッド型のボンディング方法においては、金属線を押さえ付けるボンディングツールの先端はドーナツ形状をしていて、先端の外径は加工可能な最小寸法を考慮すると、100ミクロン以上となってしまう。したがって、釘の頭のような形状の金属線の先端部分の径は、100ミクロン以上となる。
【0004】
ここで、電極パッドに金属線をボンディングする際(二つの電極間をボンディングする場合)には、まず、金属線の先端をネイルヘッド状、すなわち、釘の頭のような形状にする。
【0005】
次に、ボンディングツールを垂直に降ろし、第1の電極の電極パッドに前記釘の頭のような形状の金属線の先端を押しつけて、ボンディングする(第1ボンディング)。
【0006】
その後、金属線をクランプしない状態でボンディングツールを垂直に持ち上げ、半円状に弧を描きながら、次の電極にむけてボンディングツールを降ろす。
【0007】
続いて、第2の電極の電極パッドに金属線を押しつけてボンディングする(第2ボンディング)。
【0008】
最後に、金属線をクランプした状態でボンディングツールを垂直に持ち上げることによって、前記金属線を切断する。
【0009】
この場合、釘の頭のような形状の金属線の先端部分の径が100ミクロン以上となるので、第1ボンディング用の電極は100ミクロン角以上の寸法が必要とされ、また、第2ボンディング以降のボンディング面積は100ミクロン以下にすることができるものの、ボンディングツールの先端部分、すなわち、ツールヘッド自体の大きさ及び形状から、微小電極へのボンディングには不向きである。そして、前述されたように金属線をクランプしない状態でボンディングツールを垂直に持ち上げ、半円状に弧を描きながら次の電極にむけてボンディングツールを降ろす操作においては、半円状の弧を描くようになっているので、電極間の金属線の長さが長くなってしまう。また、第2ボンディング終了後に金属線を切断する操作の際には、金属線はボンディング箇所から直上に数百ミクロン残った状態で切断されてしまうことが多い。
【0010】
一方、金属線の先端を電極パッド上で押し潰す方式のウェッジ型のボンディング方法の場合、電極パッドに金属線をボンディングする場合(二つの電極間をボンディングする場合)には、まず、ボンディングツールを垂直に降ろし、第1の電極の電極パッドに金属線の先端部分を押しつけてボンディングする(第1ボンディング)。なお、金属線の先端部分はネイルヘッド状になっていない。
【0011】
続いて、金属線をクランプしない状態でボンディングツールをわずかに持ち上げ、次の電極に向けて、ボンディングツールの奥行き方向にほぼ水平に移動させる。
【0012】
次に、第2の電極の電極パッドに金属線を押しつけてボンディングする(第2ボンディング)。
【0013】
最後に、金属線をクランプした状態でボンディングツールを垂直に持ち上げて金属線を切断する。
【0014】
このようなウェッジ型のボンディング方法の場合、金属線をほぼ水平方向に配線することができる。したがって、前記ネイルヘッド型のボンディング方法と比較して、電極間の金属線の長さを短くすることができる。また、ボンディングツールの先端の金属線を押し潰す部分の形状を電極パッドの形状と合わせることができる。したがって、電極パッドの面積を小さくすることができる。
【0015】
このようなことから、ウェッジ型のボンディング方法においては、ワイヤインダクタンスを小さくすることができ、また、電極間の容量を小さくすることができる。すなわち、LSI等においては、多くの電極を高密度にレイアウトすることができ、また、高速動作が要求される素子に適用する場合には高周波特性を改善することができる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の金属線のボンディング方法においては、ウェッジ型のボンディング方法の場合、押し潰した部分の金属線が薄く平たくなり、その周辺では薄く折れ曲がってしまう。そして、その後金属線を切断する際にその箇所に引張応力が加わることによって、また、通電によって発生する熱や物理的振動などによって、破断強度が低下してしまう。
【0017】
また、奥行き方向の電極の高さが手前の電極の高さよりも高い場合には、ボンディング時にボンディングツールの先端のワイヤガイドが後ろ側の電極の下地構造にぶつかってしまうことがある。この場合、ボンディングの位置ずれが発生したり、ボンディング部分の強度が不安定になったりしてしまう。さらに、ボンディングツールの破損や、後ろ側の電極の下地構造の破損を引き起こす可能性が高い。このような現象は、特に、三つの電極間を金属線で接続するときに、真ん中の電極の高さが他の二つの電極の高さよりも低く、かつ、それらの電極が互いに近接して配置されている場合に起こりやすい。
【0018】
さらに、ウェッジ型のボンディング方法の場合、奥行方向にだけしか金属線を這わすことができないので、微小面積の電極パッドが金属線自体で視覚的に遮断されてしまうので、ボンディング箇所やボンディング操作を十分に監視することができなくなる。したがって、ボンディング位置の再現性が低下してしまう。
【0019】
本発明は、前記従来の金属線のボンディング方法の問題点を解決して、ボンディング部分の金属線の破断強度が低下することがなく、ボンディングツールの先端部分が電極の下地構造等にぶつかってしまうこともなく、ボンディング箇所やボンディング操作を十分に監視することのできる金属線のボンディング方法を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の金属線のボンディング方法においては、先端部分に金属線の供給口を備え、該供給口から金属線を供給する第1のボンディングツールを使用し、ウェッジボンディング方法によって、両端に配設された電極に前記金属線をボンディングする第1の工程と、前記第1のボンディングツールを使用し、前記金属線を切断する第2の工程と、先端部分に金属線の供給口を備えておらず、前記先端部分が平坦であり、該先端部分の面積が50〔μm〕角より微小な第2のボンディングツールを使用し、前記先端部分を金属線に押し当てる押当てボンディング方法によって、中間に配設された電極に前記金属線の中間部分をボンディングする第3の工程とを有し、三つ以上の電極を一つの金属線によって接続する。
【0022】
本発明の更に他の金属線のボンディング方法においては、さらに、前記第3の工程において、前記金属線が前記中間に配設された電極を視界的に遮断しないようにワーク固定装置又は顕微鏡を回転させてボンディングする。
【0023】
本発明の更に他の金属線のボンディング方法においては、先端部分に金属線の供給口を備え、該供給口から金属線を供給する第1のボンディングツールを使用し、二つの電極間の距離に相当する長さの金属線を前記第1のボンディングツールの先端部分から飛び出させる第1の工程と、前記第1のボンディングツールを使用し、一方の電極に前記第1のボンディングツールの先端部分に対応する部分の金属線をボンディングする第2の工程と、前記第1のボンディングツールを使用し、前記金属線を切断する第3の工程と、先端部分に金属線の供給口を備えておらず、前記先端部分が平坦であり、該先端部分の面積が50〔μm〕角より微小な第2のボンディングツールを使用し、前記先端部分で他方の電極に前記金属線の自由端を押し当ててボンディングする第4の工程とを有し、二つの電極を一つの金属線によって接続する。
【0025】
本発明の更に他の金属線のボンディング方法においては、さらに、前記第4の工程において、前記金属線が前記他方の電極を視界的に遮断しないようにワーク固定装置又は顕微鏡を回転させてボンディングする。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0027】
なお、本実施の形態においては、ボンディングする電極が三つ又はそれ以上ある場合に適するボンディング方法について説明する。
【0028】
そして、本実施の形態におけるボンディング方法は、第1の電極、第2の電極、第3の電極、…、第nの電極を金属線で接続する場合、まず、ウェッジボンディング方法によって金属線を第1の電極パッドにボンディングし、続いて金属線を第nの電極パッドにボンディングした後、前記金属線を切断することによって、前記第1及び第nの電極を金属線で接続する第1の工程と、次に、第2〜第(n−1)の電極のうちの一つ又は複数の電極に、それぞれの電極の上方から金属線をそれぞれの電極パッドに押し当ててボンディングする第2の工程(以下「押当てボンディング」という。)とを有する。
【0029】
図1は本発明の第1の実施の形態における金属線のボンディング方法の動作を示す第1の図、図2は本発明の第1の実施の形態における金属線のボンディング方法の動作を示す第2の図、図3は本発明の第1の実施の形態における金属線のボンディング方法の動作を示す第3の図、図4は本発明の第1の実施の形態における金属線のボンディング方法の動作を示す第4の図、図5は本発明の第1の実施の形態における金属線のボンディング方法の動作を示す第5の図、図6は本発明の第1の実施の形態における様々な電極の配置形態を示す図である。
【0030】
ここで、第1の電極11及び第3の電極13は高周波のマイクロストリップラインの信号線自体であり、第2の電極12は、例えば、電界吸収型光変調器のチップ表面に形成された電極パッドである。そして、第2の電極12は微小面積であり、その面積は約2500平方ミクロン(例えば、本実施の形態においては、50ミクロン角とする。)である。なお、第1の電極11は、電極の面積が10000平方ミクロン以上(例えば、100ミクロン角)である。
【0031】
まず、第1のボンディングツール(コレット)14を使用して第1のボンディングを行い、第3の電極13に金属線15の先端をボンディングする。ここで、前記第1のボンディングツール14は概略楔形、すなわち、ウェッジ形状をしており、図1における右下端部を金属線15の先端部分の上に位置させて垂直に降ろし、該金属線15の先端部分を上から電極に押しつけてボンディングさせる。なお、前記第1のボンディングツール14は超音波振動をボンディング部分に伝達するようにしてもよい。また、前記金属線14は、通常、金、銅、アルミニウム等より成るが、いかなる材質であってもよい。
【0032】
次に、図1に示されるように、金属線15をクランプしない状態で第1のボンディングツール14を図における左方へ移動させて、金属線15を第2の電極12の真上を通過させて第3の電極13に向けて(矢印a方向に)這わしていく。ここで、前記第2の電極12の位置は、第1の電極11及び第3の電極13よりも低い位置にある。
【0033】
続いて、第2のボンディングを行い、第1の電極11上に金属線15をボンディングする。続いて、図2に示されるように、金属線15をクランプした状態で第1のボンディングツール14を上方(矢印b方向)に引き上げて金属線15を切断する。
【0034】
次に、外径が小さく、かつ先端に行くほど先細りとなる形状を有する第2のボンディングツール(コレット)16を垂直に降ろし、図3に示されるように、第2の電極12の真上を這っている金属線15を前記第2のボンディングツール16の先端で矢印c方向に押さえるようにしながら、図4に示されるように、前記金属線15を第2の電極12の電極パッドに押し付けてボンディングする。ここで、前記第2のボンディングツール15は超音波振動をボンディング部分に伝達するようにしてもよい。このようにして、押当てボンディングが行われる。
【0035】
最後に、図5に示されるように、矢印d方向に第2のボンディングツール16を持ち上げる。
【0036】
この場合、前述したような押当てボンディングにおいては、部材に引張応力が加わらないことを容易に理解することができる。すなわち、第2の電極12のパッドには図における横方向に引張応力が加わることがない。同様に、第2の電極12上に押し当てた金属線15にも図における左右方向に引張応力が加わらないので、金属線15の破断強度が低下するのを抑制することができる。
【0037】
また、本実施の形態においては、微小面積の第2の電極12を50ミクロン角としているので、第2のボンディングツール16の先端の押し当てる部分を同様の寸法の微小な面積のものとすることによって、強固なボンディング強度を得ることができる。
【0038】
なお、本実施の形態の金属線のボンディング方法は、図1〜5に示された電極の配置形態以外にも、図6に示されるように、マイクロストリップライン、コプレーナライン、その他チップ抵抗等の様々な組合せの電極配置形態のものに適用することができる。また、第2の電極12を有する素子が、複数の電極を有する集積化素子(例えば、電界吸収型光変調器と半導体レーザとの集積化素子)との組合せであっても、本実施の形態の金属線のボンディング方法を適用することができる。
【0039】
このように、本実施の形態においては、第2の電極12上に金属線15をボンディングする場合に、部材に引張応力が加わらないので、ボンディング部分の金属線15の破断強度が低下することがない。したがって、金属線15のボンディング強度の長期的な信頼性を確保することができる。
【0040】
また、低い位置にある第2の電極12上に金属線15をボンディングする押当てボンディングを行うボンディングツールとして、ウェッジボンディング用の第1のボンディングツール14ではなく、外径が小さくかつ先端に行くほど先細りとなる形状を有する第2のボンディングツール16を使用する。したがって、低い位置にある第2の電極12上に金属線15をボンディングする時に、ボンディングツールが、第2の電極12よりも高い位置にある第1の電極11や第3の電極13の下地構造等にぶつかってしまうことがなく、ボンディングツールや下地構造等を破損してしまうことがない。
【0041】
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、前記第1の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同一の符号を付すことによって、その説明を省略する。
【0042】
また、前記第1の実施の形態においては、ボンディングする電極が三つ又はそれ以上ある場合に適するボンディング方法について説明したが、本実施の形態においては、ボンディングする電極が二つの場合に適するボンディング方法について説明する。
【0043】
そして、本実施の形態におけるボンディング方法は、二つの電極(第1の電極及び第2の電極)を金属線によって接続する場合、第1の電極と第2の電極とのの間の距離に相当する分の長さの金属線をボンディングツールの先端から飛び出させる第1の工程と、第1の電極にボンディングツールの先端で金属線をボンディングする第2の工程と、金属線を切断する第3の工程と、同一の又は別のボンディングツールを使用して宙に浮いた金属線の先端を第2の電極に押し当ててボンディングする第4の工程とを有する。
【0044】
図7は本発明の第2の実施の形態における金属線のボンディング方法の動作を示す第1の図、図8は本発明の第2の実施の形態における金属線のボンディング方法の動作を示す第2の図、図9は本発明の第2の実施の形態における金属線のボンディング方法の動作を示す第3の図、図10は本発明の第2の実施の形態における金属線のボンディング方法の動作を示す第4の図、図11は本発明の第2の実施の形態における金属線のボンディング方法の動作を示す第5の図、図12は本発明の第2の実施の形態における金属線のボンディング方法の動作を示す第6の図、図13は本発明の第2の実施の形態における様々な電極の配置形態を示す図である。
【0045】
まず、図7に示されるように、第1のボンディングツール14から矢印e方向に金属線15を所望の長さ分だけフィードする。この所望の長さとは、第1の電極11のボンディングすべき箇所と第2の電極12のボンディングすべき箇所との距離に相当する。
【0046】
次に、図8に示されるように、第1の電極11に第1ボンディングを行い、第1の電極11上に金属線15をボンディングする。続いて、図9に示されるように、金属線15をクランプした状態で第1のボンディングツール14を上方(矢印f方向)に引き上げて金属線15を切断する。
【0047】
次に、第2のボンディングツール16を垂直に降ろし、図10に示されるように、第2の電極12の真上を這っている金属線15の先端部分を前記第2のボンディングツール16の先端で矢印g方向に押さえるようにしながら、図11に示されるように、前記金属線15を第2の電極12の電極パッドに押し付けてボンディングする。このようにして、押当てボンディングが行われる。
【0048】
最後に、図12に示されるように、矢印h方向に第2のボンディングツール16を持ち上げる。
【0049】
この場合、前述されたような押当てボンディングにおいては、部材に引張応力が加わらないことを容易に理解することができる。すなわち、第2の電極12のパッドには図における横方向に引張応力が加わることがない。同様に、第2の電極12上に押し当てた金属線15にも図における左右方向に引張応力が加わらないので、金属線15の破断強度が低下するのを抑制することができる。
【0050】
また、本実施の形態においては、第2のボンディングツール16の先端の押し当てる部分を第2の電極12と同様の寸法の微小な面積のものとすることによって、強固なボンディング強度を得ることができる。
【0051】
なお、本実施の形態の金属線のボンディング方法は、図7〜12に示された電極の配置形態以外にも、図13に示されるように、マイクロストリップライン、コプレーナライン、その他チップ抵抗等の様々な組合せの電極配置形態のものに適用することができる。また、第2の電極12を有する素子が、複数の電極を有する集積化素子(例えば、電界吸収型光変調器と半導体レーザとの集積化素子)との組合せであっても、本実施の形態の金属線のボンディング方法を適用することができる。また、これらの電極の中で最も小さい電極面積であるのが第2の電極12である。
【0052】
このように、本実施の形態においては、第2の電極12上に金属線15をボンディングする場合に、部材に引張応力が加わらないので、ボンディング部分の金属線15の破断強度が低下することがない。したがって、金属線15のボンディング強度の長期的な信頼性を確保することができる。
【0053】
また、低い位置にある第2の電極12上に金属線15をボンディングする押当てボンディングを行うボンディングツールとして、ウェッジボンディング用の第1のボンディングツール14ではなく、外径が小さくかつ先端に行くほど先細りとなる形状を有する第2のボンディングツール16を使用する。したがって、低い位置にある第2の電極12上に金属線15をボンディングする時に、ボンディングツールが、第2の電極12よりも高い位置にある第1の電極11の下地構造等にぶつかってしまうことがなく、ボンディングツールや下地構造等を破損してしまうことがない。
【0054】
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。
【0055】
なお、本実施の形態においては、前記第1実施の形態におけるボンディング方法に基づいて説明する。
【0056】
この場合、押当てボンディングの際に別のボンディングツールを使用するとともに、押当てボンディングの際に金属線が第2の電極を視界的に遮断することがないようにワーク固定装置としてのワークホルダーを回転させることによって、第2の電極12の位置を確認してからボンディングするようになっている。
【0057】
前述されたように、ウェッジ形状の第1のボンディングツール14を使用する場合、奥行方向、すなわち、図1等における左右方向にだけしか金属線15を這わすことができないので、微小面積の第2の電極12の電極パッドが金属線15自体で視覚的に遮断されてしまう。そのため、金属線15を第2の電極12の電極パッドに押し付ける状態を顕微鏡等を用いて確認することができないので、押当てボンディングの際にボンディング位置の再現性が低下してしまう。
【0058】
そこで、前記第1の実施の形態を例に説明すると、第1の電極11と第3の電極13との間の金属線15のボンディングと、第2の電極12のボンディングとを別個の操作として実施する。そして、実際に微小電極である第2の電極12のボンディングを行う場合には、図3に示されるように、金属線15を第2のボンディングツール16の先端で矢印c方向に押さえるようにしながら、図4に示されるように、前記金属線15を第2の電極12のパッドに押し付けて押当てボンディングする。
【0059】
その際、顕微鏡等を用いて観察している視野内において、金属線15と第2の電極12とが重ならないように、第1の電極11から第3の電極13への金属線15の這っている方向に対して垂直な方向から観察する必要がある。すなわち、図1等における紙面に垂直な方向から観察する必要がある。
【0060】
ところで、図1及び2に示されるような第1のボンディング及び第2のボンディングにおいては、通常、図における右手方向からボンディング箇所を観察する。したがって、同一の顕微鏡を使用して金属線15を第2の電極12のパッドに押し付ける押当てボンディングを観察する場合には、その顕微鏡又はワークを保持しているワーク固定装置としてのワークホルダーを90度回転させる。
【0061】
このように、本実施の形態においては、金属線15を微小面積の第2の電極12の電極パッドに押し付ける押当てボンディングを観察する場合には、顕微鏡又はワークを保持しているワークホルダーを90度回転させる。これにより、第1の電極11から第3の電極13への金属線15の這っている方向に対して垂直な方向から観察することができ、金属線15と第2の電極12とが重ならず、微小面積の第2の電極12の電極パッドが金属線15自体で視覚的に遮断されてしまうことがないので、押当てボンディングの際にボンディングの位置の再現性が低下してしまうことがない。
【0062】
したがって、高密度の金属線15の実装を安定的に実施することができる。
【0063】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【0064】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、金属線のボンディング方法においては、先端部分に金属線の供給口を備え、該供給口から金属線を供給する第1のボンディングツールを使用し、ウェッジボンディング方法によって、両端に配設された電極に前記金属線をボンディングする第1の工程と、前記第1のボンディングツールを使用し、前記金属線を切断する第2の工程と、先端部分に金属線の供給口を備えておらず、前記先端部分が平坦であり、該先端部分の面積が50〔μm〕角より微小な第2のボンディングツールを使用し、前記先端部分を金属線に押し当てる押当てボンディング方法によって、中間に配設された電極に前記金属線の中間部分をボンディングする第3の工程とを有し、三つ以上の電極を一つの金属線によって接続する。
【0065】
この場合、中間に配設された電極に金属線をボンディングする場合に、部材に引張応力が加わらないので、ボンディング部分の金属線の破断強度が低下することがない。したがって、金属線のボンディング強度の長期的な信頼性を確保することができる。
【0067】
この場合、奥行方向の電極の高さが手前の電極の高さよりも高い場合でも、ボンディング時にボンディングツールの先端のワイヤガイドが後ろ側の電極の下地構造にぶつかってしまうことがない。
【0068】
本発明の更に他の金属線のボンディング方法においては、さらに、前記第3の工程において、前記金属線が前記中間に配設された電極を視界的に遮断しないようにワーク固定装置又は顕微鏡を回転させてボンディングする。
【0069】
この場合、前記金属線と中間に配設された電極とが重ならず、微小面積の前記中間に配設された電極が金属線自体で視覚的に遮断されてしまうことがないので、押当てボンディングの際にボンディングの位置の再現性が低下してしまうことがない。
【0070】
本発明の更に他の金属線のボンディング方法においては、先端部分に金属線の供給口を備え、該供給口から金属線を供給する第1のボンディングツールを使用し、二つの電極間の距離に相当する長さの金属線を前記第1のボンディングツールの先端部分から飛び出させる第1の工程と、前記第1のボンディングツールを使用し、一方の電極に前記第1のボンディングツールの先端部分に対応する部分の金属線をボンディングする第2の工程と、前記第1のボンディングツールを使用し、前記金属線を切断する第3の工程と、先端部分に金属線の供給口を備えておらず、前記先端部分が平坦であり、該先端部分の面積が50〔μm〕角より微小な第2のボンディングツールを使用し、前記先端部分で他方の電極に前記金属線の自由端を押し当ててボンディングする第4の工程とを有し、二つの電極を一つの金属線によって接続する。
【0071】
この場合、他方の電極に金属線をボンディングする場合に、部材に引張応力が加わらないので、ボンディング部分の金属線の破断強度が低下することがない。したがって、金属線のボンディング強度の長期的な信頼性を確保することができる。
【0073】
この場合、奥行方向の電極の高さが手前の電極の高さよりも高い場合でも、ボンディング時にボンディングツールの先端のワイヤガイドが後ろ側の電極の下地構造にぶつかってしまうことがない。
【0074】
本発明の更に他の金属線のボンディング方法においては、さらに、前記第4の工程において、前記金属線が前記他方の電極を視界的に遮断しないようにワーク固定装置又は顕微鏡を回転させてボンディングする。
【0075】
この場合、前記金属線と他方の電極とが重ならず、微小面積の前記他方の電極が金属線自体で視覚的に遮断されてしまうことがないので、押当てボンディングの際にボンディングの位置の再現性が低下してしまうことがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における金属線のボンディング方法の動作を示す第1の図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態における金属線のボンディング方法の動作を示す第2の図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態における金属線のボンディング方法の動作を示す第3の図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態における金属線のボンディング方法の動作を示す第4の図である。
【図5】本発明の第1の実施の形態における金属線のボンディング方法の動作を示す第5の図である。
【図6】本発明の第1の実施の形態における様々な電極の配置形態を示す図である。
【図7】本発明の第2の実施の形態における金属線のボンディング方法の動作を示す第1の図である。
【図8】本発明の第2の実施の形態における金属線のボンディング方法の動作を示す第2の図である。
【図9】本発明の第2の実施の形態における金属線のボンディング方法の動作を示す第3の図である。
【図10】本発明の第2の実施の形態における金属線のボンディング方法の動作を示す第4の図である。
【図11】本発明の第2の実施の形態における金属線のボンディング方法の動作を示す第5の図である。
【図12】本発明の第2の実施の形態における金属線のボンディング方法の動作を示す第6の図である。
【図13】本発明の第2の実施の形態における様々な電極の配置形態を示す図である。
【符号の説明】
15 金属線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a metal wire bonding method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in general, in devices that require high-speed operation, in particular, in order to reduce the electric capacity and wire inductance of the electrode wiring, the size of the electrode pad for bonding a metal wire is reduced, and the electrode pad It is necessary to shorten the length of the wiring pattern from the active area to the active area. As a result, the layout is such that the electrode pad is adjacent to the active region. In VLSI and the like, many electrode pads are arranged along the outer periphery of the chip. In order to reduce the size of the chip, it is necessary to reduce the size of the electrode pad itself. is there.
[0003]
However, in the conventional nail head type bonding method, the tip of the bonding tool for pressing the metal wire has a donut shape, and the outer diameter of the tip is 100 microns or more in consideration of the minimum workable dimension. End up. Therefore, the diameter of the tip portion of the metal wire shaped like a nail head is 100 microns or more.
[0004]
Here, when bonding a metal wire to the electrode pad (when bonding between two electrodes), first, the tip of the metal wire is formed into a nail head shape, that is, a shape like a nail head.
[0005]
Next, the bonding tool is lowered vertically, and the tip of the metal wire shaped like the head of the nail is pressed against the electrode pad of the first electrode to perform bonding (first bonding).
[0006]
Thereafter, the bonding tool is lifted vertically without clamping the metal wire, and the bonding tool is lowered toward the next electrode while drawing a semicircular arc.
[0007]
Subsequently, a metal wire is pressed against the electrode pad of the second electrode for bonding (second bonding).
[0008]
Finally, the metal wire is cut by lifting the bonding tool vertically with the metal wire clamped.
[0009]
In this case, since the diameter of the tip of the metal wire shaped like a nail head is 100 microns or more, the first bonding electrode is required to have a dimension of 100 microns square or more, and after the second bonding. Although the bonding area can be 100 microns or less, the size and shape of the tip portion of the bonding tool, that is, the tool head itself is not suitable for bonding to a microelectrode. Then, as described above, in the operation of lifting the bonding tool vertically without clamping the metal wire and drawing the bonding tool toward the next electrode while drawing the arc in a semicircle, draw a semicircle arc As a result, the length of the metal wire between the electrodes becomes long. Further, in the operation of cutting the metal wire after the completion of the second bonding, the metal wire is often cut with a few hundred microns remaining immediately above the bonding location.
[0010]
On the other hand, in the case of the wedge type bonding method in which the tip of the metal wire is crushed on the electrode pad, when bonding the metal wire to the electrode pad (when bonding between two electrodes), first, a bonding tool is used. The metal wire is lowered vertically and bonded by pressing the tip of the metal wire against the electrode pad of the first electrode (first bonding). Note that the tip of the metal wire does not have a nail head shape.
[0011]
Subsequently, the bonding tool is lifted slightly without clamping the metal wire, and is moved almost horizontally in the depth direction of the bonding tool toward the next electrode.
[0012]
Next, a metal wire is pressed and bonded to the electrode pad of the second electrode (second bonding).
[0013]
Finally, with the metal wire clamped, the bonding tool is lifted vertically to cut the metal wire.
[0014]
In the case of such a wedge-type bonding method, the metal wire can be wired in a substantially horizontal direction. Therefore, the length of the metal wire between the electrodes can be shortened as compared with the nail head type bonding method. In addition, the shape of the portion where the metal wire at the tip of the bonding tool is crushed can be matched with the shape of the electrode pad. Therefore, the area of the electrode pad can be reduced.
[0015]
For this reason, in the wedge-type bonding method, the wire inductance can be reduced, and the capacitance between the electrodes can be reduced. That is, in an LSI or the like, many electrodes can be laid out with high density, and when applied to an element that requires high-speed operation, high-frequency characteristics can be improved.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional metal wire bonding method, in the case of the wedge-type bonding method, the metal wire in the crushed portion becomes thin and flat, and the periphery thereof is thinly bent. And when a metal wire is cut | disconnected after that, a tensile stress will be added to the location, and a fracture strength will fall by the heat | fever, physical vibration, etc. which generate | occur | produce by electricity supply.
[0017]
Further, when the height of the electrode in the depth direction is higher than the height of the front electrode, the wire guide at the tip of the bonding tool may hit the underlying structure of the rear electrode during bonding. In this case, bonding misalignment occurs or the strength of the bonding portion becomes unstable. Furthermore, there is a high possibility of causing damage to the bonding tool and the underlying structure of the back electrode. This phenomenon is especially true when the three electrodes are connected by a metal wire, the height of the middle electrode is lower than the height of the other two electrodes, and these electrodes are placed close to each other. It is likely to happen if it is.
[0018]
Furthermore, in the case of the wedge-type bonding method, the metal wire can only be moved in the depth direction, so the electrode pad with a small area is visually blocked by the metal wire itself, so that the bonding location and the bonding operation can be performed. It becomes impossible to monitor sufficiently. Therefore, the reproducibility of the bonding position is lowered.
[0019]
The present invention solves the problems of the conventional metal wire bonding method, and the breaking strength of the metal wire at the bonding portion does not decrease, and the tip portion of the bonding tool hits the underlying structure of the electrode. It is an object of the present invention to provide a metal wire bonding method capable of sufficiently monitoring bonding locations and bonding operations.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in the metal wire bonding method of the present invention, a metal wire supply port is provided at the tip portion, and a first bonding tool for supplying the metal wire from the supply port is used. A first step of bonding the metal wire to the disposed electrode; a second step of cutting the metal wire using the first bonding tool; and a metal wire supply port at a tip portion. The tip is flat And the area of the tip is smaller than 50 [μm] square And a third step of bonding the intermediate portion of the metal wire to the electrode disposed in the middle by a pressing bonding method of pressing the tip portion against the metal wire using a second bonding tool. Three or more electrodes are connected by a single metal wire.
[0022]
In still another metal wire bonding method of the present invention, in the third step, the work fixing device or the microscope is rotated so that the metal wire does not visually block the electrode disposed in the middle. And bond.
[0023]
In still another metal wire bonding method of the present invention, a metal wire supply port is provided at a tip portion, and a first bonding tool for supplying a metal wire from the supply port is used, and the distance between two electrodes is set. A first step of projecting a metal wire having a corresponding length from the tip portion of the first bonding tool; and the first bonding tool is used, and one electrode is provided at the tip portion of the first bonding tool. The second step of bonding the corresponding part of the metal wire, the third step of cutting the metal wire using the first bonding tool, and the metal wire supply port is not provided at the tip portion. The tip is flat And the area of the tip is smaller than 50 [μm] square And a fourth step of pressing the free end of the metal wire against the other electrode at the tip portion and bonding, and connecting the two electrodes by one metal wire. .
[0025]
In still another metal wire bonding method of the present invention, in the fourth step, bonding is performed by rotating a work fixing device or a microscope so that the metal wire does not visually block the other electrode. .
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0027]
In this embodiment, a bonding method suitable for the case where there are three or more electrodes to be bonded will be described.
[0028]
In the bonding method according to the present embodiment, when the first electrode, the second electrode, the third electrode,..., The nth electrode are connected by a metal wire, the metal wire is first connected by the wedge bonding method. A first step of bonding the first and nth electrodes with a metal line by bonding to one electrode pad and subsequently bonding the metal line to the nth electrode pad and then cutting the metal line; Next, a second step of bonding one or more of the second to (n-1) electrodes by pressing a metal wire against each electrode pad from above each electrode. (Hereinafter referred to as “pressing bonding”).
[0029]
FIG. 1 is a first diagram illustrating the operation of a metal wire bonding method according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a first diagram illustrating the operation of the metal wire bonding method according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 and FIG. 3 are third diagrams showing the operation of the metal wire bonding method according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram of the metal wire bonding method according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a fourth diagram showing the operation, FIG. 5 is a fifth diagram showing the operation of the metal wire bonding method in the first embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram showing various operations in the first embodiment of the present invention. It is a figure which shows the arrangement | positioning form of an electrode.
[0030]
Here, the
[0031]
First, first bonding is performed using a first bonding tool (collet) 14, and the tip of the
[0032]
Next, as shown in FIG. 1, the
[0033]
Subsequently, second bonding is performed, and the
[0034]
Next, the second bonding tool (collet) 16 having a small outer diameter and a shape that tapers toward the tip is lowered vertically, and as shown in FIG. The
[0035]
Finally, as shown in FIG. 5, the
[0036]
In this case, it can be easily understood that tensile stress is not applied to the member in the above-described pressing bonding. That is, the tensile stress is not applied to the pad of the
[0037]
In the present embodiment, since the
[0038]
Note that the metal wire bonding method of the present embodiment is not limited to the electrode arrangement shown in FIGS. 1 to 5, as shown in FIG. 6, such as a microstrip line, a coplanar line, and other chip resistors. Various combinations of electrode arrangements can be applied. Even if the element having the
[0039]
As described above, in the present embodiment, when the
[0040]
Further, as a bonding tool for performing pressing bonding for bonding the
[0041]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, about the thing which has the same structure as the said 1st Embodiment, the description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
[0042]
In the first embodiment, the bonding method suitable for the case where there are three or more electrodes to be bonded has been described. However, in the present embodiment, the bonding method suitable for the case where two electrodes are bonded. explain.
[0043]
The bonding method in the present embodiment corresponds to the distance between the first electrode and the second electrode when the two electrodes (first electrode and second electrode) are connected by a metal wire. A first step of jumping out a metal wire having a length corresponding to the length of the bonding tool, a second step of bonding the metal wire to the first electrode at the tip of the bonding tool, and a third step of cutting the metal wire And a fourth step of bonding the tip of a metal wire suspended in the air against the second electrode using the same or another bonding tool.
[0044]
FIG. 7 is a first diagram illustrating the operation of the metal wire bonding method according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a first diagram illustrating the operation of the metal wire bonding method according to the second embodiment of the present invention. FIG. 2 and FIG. 9 are third diagrams showing the operation of the metal wire bonding method according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 10 is the metal wire bonding method according to the second embodiment of the present invention. FIG. 11 is a fourth diagram showing the operation, FIG. 11 is a fifth diagram showing the operation of the metal wire bonding method in the second embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a metal wire in the second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing the operation of this bonding method, and FIG. 13 is a diagram showing the arrangement of various electrodes in the second embodiment of the present invention.
[0045]
First, as shown in FIG. 7, the
[0046]
Next, as shown in FIG. 8, the first bonding is performed on the
[0047]
Next, the
[0048]
Finally, as shown in FIG. 12, the
[0049]
In this case, in the pressing bonding as described above, it can be easily understood that no tensile stress is applied to the member. That is, the tensile stress is not applied to the pad of the
[0050]
Further, in the present embodiment, a strong bonding strength can be obtained by making the portion to be pressed against the tip of the
[0051]
Note that the metal wire bonding method of the present embodiment is not limited to the electrode arrangement shown in FIGS. 7 to 12, as shown in FIG. 13, such as a microstrip line, a coplanar line, and other chip resistors. Various combinations of electrode arrangements can be applied. Even if the element having the
[0052]
As described above, in the present embodiment, when the
[0053]
Further, as a bonding tool for performing pressing bonding for bonding the
[0054]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
[0055]
In the present embodiment, description will be made based on the bonding method in the first embodiment.
[0056]
In this case, a separate bonding tool is used for pressing bonding, and a work holder as a work fixing device is used so that the metal wire does not block the second electrode visually during pressing bonding. By rotating, the position of the
[0057]
As described above, when the wedge-shaped
[0058]
Therefore, the first embodiment will be described as an example. Bonding of the
[0059]
At this time, the
[0060]
By the way, in the first bonding and the second bonding as shown in FIGS. 1 and 2, the bonding portion is usually observed from the right-hand direction in the drawing. Therefore, when observing the pressing bonding in which the
[0061]
As described above, in the present embodiment, when observing the pressing bonding in which the
[0062]
Therefore, the high-
[0063]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can change variously based on the meaning of this invention, and does not exclude them from the scope of the present invention.
[0064]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, in the metal wire bonding method, the metal wire supply port is provided at the tip portion, and the first bonding tool for supplying the metal wire from the supply port is used. A first step of bonding the metal wire to the electrodes disposed at both ends by a wedge bonding method; a second step of cutting the metal wire using the first bonding tool; and a tip portion Does not have a metal wire supply port, and the tip is flat And the area of the tip is smaller than 50 [μm] square And a third step of bonding the intermediate portion of the metal wire to the electrode disposed in the middle by a pressing bonding method of pressing the tip portion against the metal wire using a second bonding tool. Three or more electrodes are connected by a single metal wire.
[0065]
In this case, when the metal wire is bonded to the electrode disposed in the middle, no tensile stress is applied to the member, so that the breaking strength of the metal wire at the bonding portion does not decrease. Therefore, long-term reliability of the bonding strength of the metal wire can be ensured.
[0067]
In this case, even when the height of the electrode in the depth direction is higher than the height of the front electrode, the wire guide at the tip of the bonding tool does not hit the underlying structure of the rear electrode during bonding.
[0068]
In still another metal wire bonding method of the present invention, in the third step, the work fixing device or the microscope is rotated so that the metal wire does not visually block the electrode disposed in the middle. And bond.
[0069]
In this case, the metal wire and the electrode disposed in the middle do not overlap, and the electrode disposed in the middle of a small area is not visually blocked by the metal wire itself. The reproducibility of the bonding position does not deteriorate during bonding.
[0070]
In still another metal wire bonding method of the present invention, a metal wire supply port is provided at a tip portion, and a first bonding tool for supplying a metal wire from the supply port is used, and the distance between two electrodes is set. A first step of projecting a metal wire having a corresponding length from the tip portion of the first bonding tool; and the first bonding tool is used, and one electrode is provided at the tip portion of the first bonding tool. The second step of bonding the corresponding part of the metal wire, the third step of cutting the metal wire using the first bonding tool, and the metal wire supply port is not provided at the tip portion. The tip is flat And the area of the tip is smaller than 50 [μm] square And a fourth step of pressing the free end of the metal wire against the other electrode at the tip portion and bonding, and connecting the two electrodes by one metal wire. .
[0071]
In this case, when a metal wire is bonded to the other electrode, no tensile stress is applied to the member, so that the breaking strength of the metal wire at the bonding portion does not decrease. Therefore, long-term reliability of the bonding strength of the metal wire can be ensured.
[0073]
In this case, even when the height of the electrode in the depth direction is higher than the height of the front electrode, the wire guide at the tip of the bonding tool does not hit the underlying structure of the rear electrode during bonding.
[0074]
In still another metal wire bonding method of the present invention, in the fourth step, bonding is performed by rotating a work fixing device or a microscope so that the metal wire does not visually block the other electrode. .
[0075]
In this case, the metal wire and the other electrode do not overlap each other, and the other electrode having a small area is not visually blocked by the metal wire itself. The reproducibility is not reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a first diagram illustrating an operation of a metal wire bonding method according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a second diagram showing the operation of the metal wire bonding method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a third diagram showing the operation of the metal wire bonding method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a fourth diagram showing the operation of the metal wire bonding method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a fifth diagram showing the operation of the metal wire bonding method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing various electrode arrangements according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a first diagram illustrating an operation of a metal wire bonding method according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a second diagram showing the operation of the metal wire bonding method according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a third diagram illustrating the operation of the metal wire bonding method according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a fourth diagram showing the operation of the metal wire bonding method according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a fifth diagram illustrating the operation of the metal wire bonding method according to the second embodiment of the invention.
FIG. 12 is a sixth diagram illustrating the operation of the metal wire bonding method according to the second embodiment of the invention.
FIG. 13 is a diagram showing various electrode arrangements according to the second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
15 Metal wire
Claims (4)
(b)前記第1のボンディングツールを使用し、前記金属線を切断する第2の工程と、
(c)先端部分に金属線の供給口を備えておらず、前記先端部分が平坦であり、該先端部分の面積が50〔μm〕角より微小な第2のボンディングツールを使用し、前記先端部分を金属線に押し当てる押当てボンディング方法によって、中間に配設された電極に前記金属線の中間部分をボンディングする第3の工程とを有し、三つ以上の電極を一つの金属線によって接続することを特徴とする金属線のボンディング方法。(A) A metal wire supply port is provided at the tip, and a first bonding tool for supplying the metal wire from the supply port is used, and the metal wire is bonded to electrodes disposed at both ends by a wedge bonding method. A first step of:
(B) a second step of cutting the metal wire using the first bonding tool;
(C) using a second bonding tool that does not have a metal wire supply port at the tip portion, the tip portion is flat , and has an area of the tip portion smaller than 50 [μm] square; A third step of bonding an intermediate portion of the metal wire to an electrode disposed in the middle by a pressing bonding method in which the portion is pressed against the metal wire, and three or more electrodes are bonded by one metal wire. A metal wire bonding method characterized by connecting.
(b)前記第1のボンディングツールを使用し、一方の電極に前記第1のボンディングツールの先端部分に対応する部分の金属線をボンディングする第2の工程と、
(c)前記第1のボンディングツールを使用し、前記金属線を切断する第3の工程と、
(d)先端部分に金属線の供給口を備えておらず、前記先端部分が平坦であり、該先端部分の面積が50〔μm〕角より微小な第2のボンディングツールを使用し、前記先端部分で他方の電極に前記金属線の自由端を押し当ててボンディングする第4の工程とを有し、二つの電極を一つの金属線によって接続することを特徴とする金属線のボンディング方法。(A) A metal wire supply port is provided at the tip, and a first bonding tool for supplying a metal wire from the supply port is used, and a metal wire having a length corresponding to the distance between two electrodes is used for the first wire. A first step of jumping out from the tip of the bonding tool of
(B) a second step of using the first bonding tool to bond a portion of the metal wire corresponding to the tip portion of the first bonding tool to one of the electrodes;
(C) a third step of cutting the metal wire using the first bonding tool;
(D) using a second bonding tool that does not have a metal wire supply port at the tip portion, the tip portion is flat , and has an area of the tip portion smaller than 50 [μm] square; And a fourth step of pressing the free end of the metal wire against the other electrode and bonding the two electrodes, and connecting the two electrodes with one metal wire.
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